基于單片機的GSM遠程溫度控制器設計

何金枝，毛海燕，周國運

（1.南陽理工學院，南陽 473000；2.河南天工建設集團有限公司，南陽 473000）

0 引言

隨著科技的發(fā)展和自動化水平的不斷提高，溫度控制在國民生產和日常生活中起著越來越重要的作用[1～3]。隨著全球移動通信技術的不斷發(fā)展，短消息通信作為GSM系統(tǒng)中最基本的通信方式，已被廣泛應用[4,5]。本設計介紹如何利用單片機和現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡實現(xiàn)較理想的遠程溫度控制，該設計具有結構簡單，操作方便、可靠性高、成本低等特點，具有廣闊的應用前景。

1 硬件設計

基于單片機的GSM遠程溫度控制器以STC89C52單片機作為系統(tǒng)控制單元, 外配11.0592MHz晶振、復位電路、按鍵電路、LED數(shù)碼顯示電路構成單片機小系統(tǒng)；單片機通過ULN2803A驅動風扇電機和加熱電源，以電熱杯為控制對象；通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集溫度信息, 實現(xiàn)溫度異常報警; 單片機通過串行口與PIML-900/1800 GSM模塊通信。系統(tǒng)總體結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設計結構框圖

1.1 主控電路設計

STC89C52單片機是控制器的核心部分[6,7]，該單片機是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有 8K可編程Flash 存儲器，256字節(jié)RAM， 32位I/O 口線，看門狗定時器，內置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，6個中斷源，全雙工串行口。主控電路原理圖如圖2所示。

1.2 DS18B20溫度測量電路設計

溫度檢測電路采用的是美國Dallas生產的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它是一種新型的小體積、寬電壓、與微處理器接口簡單的數(shù)字化溫度傳感器[8,9]。與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同，DS18B20可直接將被測溫度轉化成串行口數(shù)字信號，以供單片機處理，它還具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強等優(yōu)點[10,11]。DS18B20的2引腳與單片機的P3.4端口連接，采用外部供電方式1、3引腳分別接電源+、電源地。

1.3 GSM模塊電路設計

本設計使用的GSM模塊是PIML-900/1800，該電路主要由兩部分組成：SIM卡與PIML模塊連接電路，PIML模塊的啟動和復位電路，如圖3所示。

1.4 加熱和散熱控制電路設計

我們使用一個1升的電熱杯為溫度控制設備，電熱杯的電源線接通220V交流電就加熱，斷開交流電停止加熱，用5V繼電器控制220V電源的接通與斷開，繼電器用ULN2803A驅動控制，因其內部有對輸出引腳續(xù)流保護功能，不需要接續(xù)流二極管。為了加快降溫，在電熱杯旁邊安裝5V直流電風扇，電扇的運行用ULN2803A驅動控制。由于ULN2803A的輸出灌電流達500mA，能夠輕松驅動繼電器和風扇。ULN2803A的輸入端接單片機的P2口，用P2.1、P2.0分別控制電熱杯繼電器和散熱電扇。

圖2 系統(tǒng)主控電路圖

圖3 GSM模塊與單片機連接電路

1.5 顯示電路設計

顯示電路采用7段共陰極數(shù)碼管動態(tài)掃描電路，節(jié)約了單片機的輸出端口。使用單片機的P0.0～P0.7控制數(shù)碼管的段碼顯示，P2.3～P2.6控制數(shù)碼管的位碼顯示，用ULN2803A芯片做位驅動。

1.6 鍵盤電路及電源電路設計

鍵盤采用3×5矩陣式設計方案，分別由單片機的P1.0～P1.7端口控制。系統(tǒng)電路供電使用USB口供電，USB口在系統(tǒng)還有下載程序的功能，PIML模塊的工作電壓為3.3～4.2V，不能使用5V直接供電，需要一個電源轉換電路，本系統(tǒng)使用3.8V供電給GSM模塊。

2 軟件設計

本系統(tǒng)采用C51程序設計語言進行結構化程序設計，實現(xiàn)溫度的測量與控制，溫度的顯示，鍵盤的掃描，與手機終端的通信等功能。

2.1 溫度測量程序設計

根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，單片機對DS18B20操作必須經過3個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位；復位成功后發(fā)送ROM尋址命令、啟動轉換命令；延時1s后再發(fā)送RAM讀數(shù)據(jù)指令。單片機啟動溫度轉換及讀取溫度數(shù)值程序的流程如圖4所示。

2.2 控制程序設計

控制的對象是溫度，通過控制加熱電源的通、斷來加熱和停止加熱，控制風扇接通降溫。對單片機的P2口的低兩位寫“0x00”停止加熱、風扇停轉；寫“0x01”停止加熱、風扇啟動；寫“0x02”啟動加熱、風扇停轉。單片機實現(xiàn)溫度控制的流程如圖5所示。

圖4 DS18B20操作流程圖

圖5 溫度控制流程圖

2.3 短消息處理程序設計

在短消息處理中常使用到的功能就是讀取短信、發(fā)送短信和刪除短信[12]，本系統(tǒng)采用串口接受手機發(fā)來的短信和發(fā)送短信到手機，設置波特率為9600bit/s，使用定時器T1工作在方式2作為波特率發(fā)生器，初值設置為0xfd。使用printf()函數(shù)發(fā)送命令和scanf()函數(shù)接收內容，在使用這兩函數(shù)之前必須關閉串行口中斷。讀取和刪除短信采用只對存儲器中索引為“1”的地址進行操作，命令為“AT+CMGR=1” 和“AT+CMGD=1”。 單片機接收到手機發(fā)來的短消息，從短消息的內容，或設置加熱器的溫度，或向手機傳送當前溫度值。根據(jù)短消息的處理包括讀取短消息、發(fā)送短消息、刪除短消息三個操作，三個操作的流程如圖6所示。

圖6 單片機處理短消息流程圖

2.4 顯示程序設計

數(shù)碼管顯示采用定時器T0，每隔定時2.5ms中斷一次讀取顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，逐位點亮數(shù)碼管，由于視覺暫留效應，使人看到的是整體顯示。定時器T0工作在方式1，利用下面公式：定時時間=（216-定時初值）×振蕩周期×12，得T0定時初值為0xf700。

2.5 鍵盤掃描程序設計

本系統(tǒng)設計了15個按鍵，采用3行×5列的矩陣式排列方式，使用行掃描法掃描鍵盤。鍵盤掃描程序流程如圖7所示。

圖7 鍵盤掃描流程圖

3 結束語

本文對基于單片機的GSM遠程溫度控制器的軟、硬件設計進行詳細的說明。經過實驗驗證，本系統(tǒng)可以接收短信，并使單片機控制風扇及加熱電源的開關；實現(xiàn)手機查詢、設置溫度等功能。該系統(tǒng)的設計方法，可以推廣應用到其他設備中，如遠程控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)等。

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